Χρήση Βιοϊατρικής Πληροφορικής στην ανάπτυξη Λογισμικού για συλλογή κλινικών δεδομένων και προσδιορισμό και κλινική επαλήθευση σχέσεων δόσης-απόκρισης όγκων και φυσιολογικών ιστών από ακτινοθεραπεία.

Abstract

Τα ραδιοβιολογικά δεδομένα χρησιμοποιούνται ήδη στην κλινική ρουτίνα με τη μορφή των δόσεων ανοχής και συνταγογράφησης που χρησιμοποιούνται και των χρονοδιαγραμμάτων τμηματοποίησης που εφαρμόζονται κατά την ακτινοθεραπεία. Ωστόσο, τα δεδομένα αυτά περιέχουν πολύ περιορισμένες πληροφορίες και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για άλλες τεχνικές θεραπείας από αυτές που προέκυψαν. Για το λόγο αυτό, οι πραγματικές σχέσεις δόσης-απόκρισης των διαφόρων όγκων και των φυσιολογικών ιστών πρέπει να υπολογιστούν και να χρησιμοποιηθούν στην κλινική εφαρμογή. Υπάρχουν αρκετές αναφορές στη βιβλιογραφία σχετικά με την ακτινοβιολογική αξιολόγηση ενός σχεδίου θεραπείας, αλλά μόλις πρόσφατα οι ερευνητές άρχισαν να εξάγουν τις σχετικές παραμέτρους που χαρακτηρίζουν τη βιολογική αντίδραση. Μέχρι τώρα το πρόβλημα με την εξαγωγή ακριβών βιολογικών δεδομένων ήταν η έλλειψη ακριβών πληροφοριών δόσεων τρισδιάστατης δόσης καθώς και η σύντομη και όχι καλά καθορισμένη παρακολούθηση. Ο σκοπός αυτής της μελέτης αρχικά είναι να αναπτύξει τα εργαλεία που είναι απαραίτητα για τον προσδιορισμό των παραμέτρων που περιγράφουν τις σχέσεις δόσης-απόκρισης των διαφόρων όγκων και των φυσιολογικών ιστών. Το λογισμικό χρησιμοποιεί Ραδιοβιολογικά δεδομένα σχετικά με τη θεραπεία ακτινοβολίας που παρέχεται σε κάθε ασθενή (ιστογράμματα όγκου δόσης, DVH), εφαρμοσμένο χρονοδιάγραμμα τμηματοποίησης, περιγραφή των εφαρμοζόμενων τεχνικών ακτινοβόλησης (χρησιμοποιούμενη μέθοδος, χρησιμοποιούμενες πληροφορίες απεικόνισης), εκτίμηση των αβεβαιοτήτων της εγκατάστασης (εάν υπάρχουν). Αυτά τα δεδομένα εξάγονται από τα συστήματα σχεδιασμού θεραπειών (Treatment Planning Systems). Στη συνέχεια ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ένα από τα τρία μοντέλα Relative Seriality (RS), Lyman-Kutcher-Burman (LKB), Parallel Volume (PV), τα οποία στο τέλος θα εξάγουν τις σχέσεις δόσης-απόκρισης των διαφόρων όγκων και των φυσιολογικών ιστών. Οι σχέσεις αυτές καθορίζονται με τον υπολογισμό της πιθανότητας επιπλοκής των φυσιολογικών ιστών, Normal Tissue Complication Probability (NTCP), και τη πιθανότητα ελέγχου των όγκων, Tumor Control Probability (TCP). To δεύτερο μέρος του λογισμικού στοχεύει στην ανάπτυξη ενός εργαλείου για την επαλήθευση κλινικά ήδη δημοσιευμένων συνόλων παραμέτρων χρησιμοποιώντας τοπικό υλικό ασθενούς αλλά και σύγκρισης της αποτελεσματικότητας διαφορετικών πλάνων θεραπείας. Επιπλέον, ο τρόπος αυτός βοηθάει τη δημιουργία μιας συλλογής κλινικών δεδομένων και πληροφοριών για την υγεία για την υποβοήθηση της εκτέλεσης των επιδημιολογικών μελετών και της συνεργασίας μεταξύ διαφορετικών ιδρυμάτων που χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα θεραπείας στο πλαίσιο ερευνητικών και κλινικών πλαισίων. Τα εργαλεία αυτά δύναται να ενσωματωθούν σε ένα ήδη υπάρχον σύστημα σχεδιασμού θεραπείας για επικύρωση και κλινική εφαρμογή. Η υλοποίηση του λογισμικού πραγματοποιήθηκε εξολοκλήρου σε γλώσσα προγραμματισμού Python, μία γλώσσα αρκετά απλή και διαδεδομένη στην επιστημονική κοινότητα με κύριο χαρακτηριστικό της την ευκολία εγκατάστασής της. Το λογισμικό που αναπτύχθηκε εφαρμόστηκε σε δεδομένα ακτινοθεραπείας ασθενών σε συνεργασία με τους κλινικούς ιατρούς του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Βόρειας Καρολίνας (University of North Carolina at Chapel Hill, USA). Ειδικότερα, με το λογισμικό αυτό εξήχθησαν ραδιοβιολογικά δεδομένα σχέσεων δόσης-απόκρισης των διαφόρων όγκων και των φυσιολογικών ιστών ασθενών που εμφάνιζαν το σύμπτωμα της ξηροστομίας και δυσφαγίας έπειτα από ακτινοθεραπεία Κεφαλής και Αυχένα. Για την καταγραφή των συμπτωμάτων αυτών χρησιμοποιήθηκαν οι απαντήσεις των ασθενών πάνω στα ερωτηματολόγια CTCAE, PROCTCAE και EAT10. Τέλος, με το λογισμικό αυτό πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις στην απόδοση δύο διαφορετικών πλάνων θεραπείας ασθενή βασισμένα σε ραδιοβιολογικές παραμέτρους από την βιβλιογραφία.